的纤维素材料的一个实施例的纤维素纤维，其 被聚合物的网络（可替换代地还被氧化钛颗粒）围绕，
[0017]图2示意性地示出了通过根据本发明的纤维素材料的另一个实施例的多层纤维 素材料的截面图，
[0018] 图3以截面图示出了如在变压器中作为绝缘使用的根据本发明的纤维素材料的 实施例，其中示意性地示出了作用在绝缘材料上的电压，以及
[0019] 图4通过作为侧视图的制造设备示意性地示出了根据本发明的方法的实施例。
[0020] 根据图1，纤维素材料由两个纤维素纤维12表示，在其上聚乙烯亚胺13形成分段 示出的网络14。通过在浸渍纤维素纤维12并且制造纤维素材料之后才进行聚合物的聚合， 以得到网络14。网络14横穿纤维素材料，从而保证导电聚合物的导电连接。由此，聚乙烯 亚胺13的网络14以上面描述的方式降低了纤维素材料的比电阻。
[0021] 此外，在图1中示意性地示出了氧化钛颗粒13a，其保持在由纤维素纤维12形成的 织物中。通过纤维素纤维12产生间隙，颗粒13a可以固定在这些间隙中。此外，聚乙烯亚 胺13起到附加的固定作用，聚乙烯亚胺13也覆盖颗粒13a的表面，由此在这些颗粒13a周 围起到机械稳定的作用。
[0022] 在图2中可以看到，纤维素材料也可以由多个层13构成。这种情况下，其是在制 造过程之后才进行浸渍的层。因此可以看到，聚合物的网络14分别仅位于层13的表面附 近，因为用来浸润层13的电解质仅渗透到各个层的表面中。然而，在层13已被组合成纤维 素材料时，才进行聚合物的聚合，以便于形成的网络在层上延伸，因此一方面有助于纤维素 材料的更好的结合，而另一方面有助于纤维素材料的比电阻的降低。
[0023] 根据图3的电绝缘材料18由作为纤维素材料的纸19形成的多个层构成，油层20 位于其之间。纸19也被油浸润，这在图3中未详细示出。对此，图3中在纸内部可以看到 聚乙烯亚胺13的浸渍物。图3示出的绝缘例如在变压器中包围在其中所使用的绕组，所述 绕组必须对外并且彼此电绝缘。
[0024] 变压器的电绝缘必须在运行情况下在施加交流电压时防止电击穿。在这种情况 下，绝缘的绝缘性能与绝缘材料的成分的介电常数有关。对于油，介电常数％约为2;对 于纸，介电常数％为4。因此，对于使用交流电压时的绝缘的应力，对各个绝缘成分的负荷 来说，作用在油上的电压队大约是作用在纸上的电压Up的两倍高。如果使用根据本发明 的纳米复合材料，其中纸19以图3所示的方式使用聚乙烯亚胺来浸渍，则聚乙烯亚胺不影 响根据本发明的绝缘中的电压分布，因为聚乙烯亚胺的介电常数同样大约也处于该数量级 中，并因此经浸渍的纸的介电常数也约为4。由此，在根据本发明的绝缘材料中，施加 在油上的电压U。也大约是作用在纳米复合材料（纸）上的电压U_p的两倍大。
[0025] 如果变压器发生故障，则施加直流电压时的绝缘的击穿强度也可以具有重要意 义。当然，在各个绝缘组成部分上施加的电压的分布于是不再与介电常数有关，而是与各个 成分的比电阻有关。油的比电阻P。为10 12Qm。与此相对，纸的比电阻Pp高3个数量级， 即为1015Qm。这使得在施加直流电压时，油上的电压队是纸上的电压Up的一千倍。这种不 均衡带来了以下危险，即在加载绝缘的情况下直流电压在油中导致击穿并且电绝缘失效。
[0026] 通过选择聚乙烯亚胺的浓度（在0? 1至1000Qcm之间）来调节根据本发明的在 纸19中引入的聚乙烯亚胺的网络，使得纸的比电阻Pp降低。由此，能够对根据本发明的复 合材料设置比电导率P_p，其接近于比电阻P。，并且在理想情况下大约与其相当。在比电 阻P_p大约为10 12Qm的情况下，作用在油上的电压队处于作用在复合材料上的电压U_p 的范围内，从而在绝缘中产生均衡的电压分布。由此有利地改善了绝缘的击穿强度，因为油 的负荷显著降低。
[0027] 这种考虑也可以类似地应用于其它以直流驱动的设备或者其部件。所需要的比电 阻能够通过由聚乙烯亚胺形成的网络的厚度来调节。由此特别地能够使电绝缘部件的电气 性能匹配于相应的应用情况。
[0028] 在图4中示出了纸幅22形式的纤维素材料的制造设备，其适合于根据本发明的方 法的实施例的实施。该设备具有用于电解质24的第一容器23,其中在该电解质中包含聚 乙烯亚胺的离聚物。此外，从储备容器25向电解质24中注入纤维素纤维12或者纤维素纤 维12和未示出的氧化钛纳米颗粒的混合物。以这种方式，以本身已知的方法（因此未详细 示出），在电解质24中产生纸浆，其在筛子状的传送带26上沉淀。该传送带通向第二容器 27中，在那里电解质24可以滴落，由此由纤维素纤维形成已经部分地脱水的垫。所述电解 质经由栗28向回收设备29馈送，在那里再次调节所需的离聚物的浓度。回收的电解质可 以经由流入口 30被馈送到第一容器23中。在该方法的进一步的流程中，由所获得的纤维 素材料制造幅22。首先，通过辊对31进行进一步的脱水，其中，也在容器27中接收在该脱 水步骤中释放的电解质。随后，纸幅22经过下一个辊对32,其中通过围绕该辊对S形地引 导该纸幅，获得了相对大的接触角（Umschlingungswinkel)。因为经由所示出的加热设备 33a对该辊对加热，从而可以将热传递至所述纸幅。此外，还可以辅助地使用附加加热设备 33b。经由加热设备33a、33b，使纸幅达到聚合温度，以使离聚物聚合成聚乙烯亚胺，并且形 成上面已经描述的网络。在该处理中，还进行进一步的脱水。
[0029] 在离聚物聚合之后，可以经由另一个馈送装置34再一次在纸幅上施加电解质，其 中，在此期间在很大程度上脱水的纸幅有足够的吸附力，由此能够将纤维素纤维用电解质 浸润。随后，纸幅22通过另一个辊对35,由此再次脱水。经由辊对36实现了进一步的脱水 以及额外引入的离聚物的聚合，其中能以与辊对32相关的描述方式经由加热装置33a、33b 对辊对36进行加热。一旦纸幅22离开辊对36,则该纸幅很大程度上已脱水。然而，其仍然 包含剩余含量的水，因此将其馈送到干燥设备37,并且可以在该干燥设备中按照需要进行 干燥。
[0030] 此外，应当注意，所制造的纸幅22的比电阻P不仅与聚乙烯亚胺的含量，而且还 与剩余水含量有关。如果要在变压器中例如将所述纸幅用作电绝缘，则其必须被油浸润，因 此应当尽可能地使其不再包含水。这通过随后在干燥设备37中干燥来确保。干燥设备37 例如可以作为烘箱来实施。
【主权项】
1. 一种由纤维素纤维构成的纤维素材料（19, 22)，其设有使所述纤维素材料（19, 22) 的导电率提高的浸渍物， 其特征在于， 所述浸渍物包括聚乙烯亚胺（13)。2. 根据权利要求1所述的纤维素材料（19, 22)， 其特征在于， 还使用氧化钛的颗粒（13a)浸渍所述纤维素材料（19, 22)。3. 根据权利要求2所述的纤维素材料（19, 22)， 其特征在于， 所述聚乙烯亚胺积聚在所述氧化钛的颗粒+11上。4. 根据上述权利要求中任一项所述的纤维素材料（19, 22)， 其特征在于， 所经浸渍的纤维素材料（19, 22)的比电阻Pp为10 12nm。5. 根据上述权利要求中任一项所述的纤维素材料（19, 22)， 其特征在于， 其被成形为平的，并且在整个厚度上具有至少基本上恒定的浓度的指定用于浸渍的聚 合物（13)。6. -种由纤维素纤维构成的纤维素材料（19, 22)用于直流电力工程的结构部件，特别 是用作变压器的绝缘材料（18)的用途，所述纤维素材料（19, 22)具有使所述纤维素材料 (19, 22)的导电率提高的浸渍物，所述浸渍物包括聚乙烯亚胺。
【专利摘要】本发明涉及一种由纤维素纤维(12)构成的纤维素材料，该纤维素纤维设有浸渍物。根据本发明，纤维素纤维的浸渍物(13)包括聚乙烯亚胺。所述浸渍物形成一种网络(14)，其因该网络的导电率而能够降低纤维素材料的电阻率。由此，该纤维素材料可在其电性能方面有利地匹配于所对应的使用情况。因此，该纤维素材料的应用还面向变压器的电绝缘，其中纤维素材料在这种情况下被变压器油浸润，而纤维素材料的比电阻与所述油的比电阻的相匹配使变压器绝缘的击穿强度得到改善。此外，本发明涉及上述纤维素材料的制造方法，其具有针对该纤维素材料的合适的浸渍步骤。
【IPC分类】H01B3/18, D21H17/56, H01B3/30, D21H17/45
【公开号】CN105229230
【申请号】CN201480026810
【发明人】F.海因里希斯多尔夫, V.卢森, G.温克勒
【申请人】西门子公司
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2014年3月11日
【公告号】DE102013205585A1, EP2956581A1, US20160039985, WO2014154478A1